专利名称：一种新型的兼容数字式和模拟式的超宽带衰减器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于雷达、通信的电子部件，是一种低插入相移的衰减器集成电路,并且兼容数字式和模拟式。
背景技术：
微波控制电路最初用于雷达系统中的天线收发开关，随着相控阵雷达、电子对抗、民用等技术应用领域的发展，微波控制电路逐渐成为通信、雷达等系统的关键部件。根据被控参量类型来划分，微波控制电路有三种一、控制微波信号的通断与路径切换，如微波开关；二、控制微波信号功率，如衰减器；三、控制微波信号相位，如移相器。高精度微波单片集成电路(MMIC)数字衰减器被广泛应用于相控阵雷达等电子设备。高精度MMIC数字/模拟衰减器实现对微波信号进行精确的定量衰减，其性能优劣对于电子设备的整体性能优劣有着很大的影响。随着这些电子设备愈来愈深入的渗透进社会各个应用领域，各种高性能的衰减器被急切的需求以满足日益复杂的用户要求。高精度MMIC数字/模拟衰减器具有体积较小、重量较轻、开关迅速、温度稳定性优良、衰减精度较高等优点，在相控阵雷达上被大量使用。描述可变衰减器产品性能的主要技术指标有1)工作频率带宽；2)衰减位数；3)总衰减量4)衰减精度；5)衰减步进；6)最小插入损耗；7)各衰减态相位差；8)各衰减态输入和输出端电压驻波比；9)各态转换速度；10)电路尺寸；11)承受功率；12)各电路之间电性能的一致性等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可以控制变化衰减度，拥有大的动态范围和低插入相移，信号幅度变化而信号相位几乎不变，衰减精度高，各衰减态输入和输出端电压驻波比小，拥有超宽的工作频率带宽，减小最小插入损耗，控制简单拟，使用方便，兼容模式和数字式。实现本发明目的的技术解决方案是该衰减器由第一微波输入端口 RFIN、第一微波输出端口 RF0UT、电容Cl、第一氮化镓高电子迁移率晶体管F1、第二氮化镓高电子迁移率晶体管F2、第三氮化镓高电子迁移率晶体管F3、第四氮化镓高电子迁移率晶体管F4、第五氮化镓高电子迁移率晶体管F5、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻(R11)、第七电阻(R12)、第八电阻(R13)、第九电阻(R14)、第十电阻(R15)、第一电感(LI)、第二电感(L2)、第三电感(L3)、第一二极管(PinDiodel)、第二二极管(PinDiode2)、第一控制电压(Veil)、第二控制电压(Vcl2)、第三控制电压(Vcl3)、第四控制电压(Vcl4)和第五控制电压(Vcl5)构成；第一微波输入端口(RFIN) —端接电容(Cl) 一端，电容(Cl)另一端接电感(LI) 一端，第一电感(LI)另一端接第二电感(L2)一端，第二电感L2另一端接第三电感L3 —端,第三电感L3另一端接第一微波毫米波输出端口 RFOUT ;第一二极管(PinDiodel)的P区接第一电感(LI)和第二电感(L2)之间，第一二极管(PinDiodel)的N区接地，第二二极管(PinDiodel)的P区接第一电感(L2)和第二电感(L3)之间，第二二极管(PinDiodel)的N区接地；第一电阻(Rl)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)和第五电阻(R5)依次串联接在第一电容(Cl)和第一电感(LI)之间，第五电阻(R5)的另一端接地；第一氮化镓高电子迁移率晶体管(F1)、第二氮化镓高电子迁移率晶体管(F2)、第三氮化镓高电子迁移率晶体管(F3)、第四氮化镓高电子迁移率晶体管(F4)和第五氮化镓高电子迁移率晶体管(F5)的源极和漏极依次并联在第一电阻(Rl)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)和第五电阻(R5)的两端，第六电阻(R11)、第七电阻(R12)、第八电阻(R13)、第九电阻(R14)和第十电阻(R15)的一端依次接在第一氮化镓高电子迁移率晶体管(Fl)、第二氮化镓高电子迁移率晶体管(F2)、第三氮化镓高电子迁移率晶体管(F3)、第四氮化镓高电子迁移率晶体管(F4)和第五氮化镓高电子迁移率晶体管F5的栅极，第六电阻R11、第七电阻R12、第八电阻R13、第九电阻R14和第十电阻R15的另一端依次接第一控制电压Veil、第二控制电压Vcl2、第三控制电压(Vcl3)、第四控制电压(Vc 14)和第五控制电压(Vcl5);电路中的转换场效应晶体管MESFET通过
2.5千欧的门级电阻控制，可以为每个转换场效应晶体管MESFET和控制源提供足够的射频 隔离。在模拟控制情况下，转换第一场效应晶体管Fl处于OFF状态高电阻，第二场效应晶体管F2处于OFF状态高电阻，第三场效应晶体管F13处于OFF状态高电阻，第四场效应晶体管F4处于OFF状态高电阻，第五场效应晶体管F5处于OFF状态高电阻。这种情况下，第一控制电压Vcll被设置在VP，第二控制电压Vcl2被设置在VP，第三控制电压Vc 13被设置在VP，第四控制电压Vc 14被设置在VP，第五控制电压Vc 15被设置在VP，VP是一个负极的场效应晶体管(MESFET)夹断电压，或者比-IvpI更小，vp—般为-5V;衰减由第一总控压(Vl)电压控制，第一总控压(Vl)电压控制第一二极管(PinDiodel)、第二二极管(PinDiode2)的阻值大小；第一总控压Vl从OV变到VP两个二极管的阻抗值从低阻抗变到高阻抗，衰减器总的衰减从最小到最大；反之，第一总控压(Vl)从VP变到OV两个二极管的阻抗值从高阻抗变到低阻抗，衰减器总的衰减从最大到最小；在数字控制情况下，第一总控电压Vl被固定设置为VP，通过控制第一控制电压Vcll来实现第一场效应晶体管Fl的截止或者导通状态，控制第二控制电压Vcl2来实现第二场效应晶体管F2的截止或者导通状态，控制第三控制电压Vcl3来实现第三场效应晶体管F13的截止或者导通状态，控制第四控制电压Vcl4来实现第四场效应晶体管F4的截止或者导通状态，控制第五控制电压Vcl5来实现第五场效应晶体管F5的截止或者导通状态，进而控制第一二极管(PinDiodel),第二二极管(PinDiode2)的阻值大小；5位的衰减分别是2，4，8，16，32dB，实现36dB动态范围内2dB的分辨率。本发明与现有技术相比，其显著优点是1、可以控制变化衰减度，衰减精度高；2、拥有超宽的工作频率带宽，拥有大的动态范围和低插入相移，信号幅度变化而信号相位变化小；3、控制简单，使用方便，兼容模拟式和数字式；4、电路之间电性能批量一致性好；5、电路尺寸小；6、成本低；
图I是本发明的模拟/数字可变衰减器电路结构示意图。图2是本发明的模拟/数字可变衰减器电路电路原理图。
具体实施方式
本发明设计一种砷化镓单片微波集成电路MMIC可变衰减器的电路，如图I所示，包括场效应晶体管MESFET，金属薄膜电阻，植入离子电阻，和二极管。为了达到好的微波性能，使芯片小型化，需要好好考虑场效应晶体管MESFET转换结构，加工条件，电路布局和排版。它由两个单元电路构成，一个单元电路为二极管衰减器电路；另一个单元电路为串联分压式数字/模拟控制转换电路，构成对衰减电路衰减大小的数字/模拟兼容控制；数字/模拟衰减器电路和串联分压式数字/模拟控制转换电路构成射频串联分压式数字/模拟兼容衰减器。如图1，此可变衰减器由第一微波输入端口 RFIN，第一微波输出端口 RF0UT，电容Cl，第一氮化镓高电子迁移率晶体管F1，第二氮化镓高电子迁移率晶体管F2，第三氮化镓高电子迁移率晶体管F3，第四氮化镓高电子迁移率晶体管F4，第五氮化镓高电子迁移率晶体管F5，第一电阻R1，第二电阻R2，第三电阻R3，第四电阻R4，第五电阻R5，第六电阻R11，第七电阻R12，第八电阻R13，第九电阻R14，第十电阻R15，第一电感LI，第二电感L2，第三电感L3，第一二极管PinDiodel,第二二极管PinDiode2，第一总控电压VI，第一控制电压Veil，第二控制电压Vcl2，第三控制电压Vcl3，第四控制电压Vcl4，第五控制电压Vcl5构成。电路中的转换场效应晶体管MESFET是通过2. 5千欧的门级电阻控制的，可以为每个转换场效应晶体管MESFET和控制源提供足够的射频隔离。在模拟控制情况下，转换第一场效应晶体管F1，第二场效应晶体管F2，第三场效应晶体管F3，第四场效应晶体管F4,第五场效应晶体管F5均处于导通状态。这种情况下，第一控制电压Vcl，第二控制电压Vc2，第三控制电压Vc3，第四控制电压Vc4，第五控制电压Vc5都被设置在VP，VP是一个负极的MESFET夹断电压，或者比-I VP I更小，VP—般为-5V。衰减由第一总控电压Vl控制，第一总控电压Vl控制第一二极管PinDiodel,第二二极管PinDiode2的阻值大小变化。由第一总控压V控制衰减从最小到最大的变化。第一总控压Vl从OV变到VP，反之亦然。在数字控制情况下，第一总控电压Vl设置在VP，通过控制，第一控制电压Veil，第二控制电压Vcl2，第三控制电压Vcl3,第四控制电压Vcl4，第五控制电压Vcl5来实现第一氮化镓高电子迁移率晶体管F1，第二氮化镓高电子迁移率晶体管F2，第三氮化镓高电子迁移率晶体管F3，第四氮化镓高电子迁移率晶体管F4，第五氮化镓高电子迁移率晶体管F5的衰减或者导通状态，具体实现方式见表1，5位的衰减是2，4，8，16，32dB,实现32dB动态范围内2dB的分辨率。表I是本发明的主要衰减状态的列表(A表示衰减值，C表示控制信号)。
权利要求
1.一种新型的兼容数字式和模拟式的超宽带衰减器，其特征在于该衰减器由第一微波输入端口(RFIN)、第一微波输出端口(RFOUT)、电容(Cl)、第一氮化镓高电子迁移率晶体管(F1)、第二氮化镓高电子迁移率晶体管(F2)、第三氮化镓高电子迁移率晶体管(F3)、第四氮化镓高电子迁移率晶体管(F4)、第五氮化镓高电子迁移率晶体管(F5)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第五电阻(R5)、第六电阻(R11)、第七电阻(R12)、第八电阻(R13)、第九电阻(R14)、第十电阻(R15)、第一电感(LI)、第二电感(L2)、第三电感(L3)、第一二极管(PinDiodel)、第二二极管(PinDiode2)、第一控制电压(Veil),第二控制电压(Vcl2)、第三控制电压(Vcl3)、第四控制电压(Vcl4)和第五控制电压(Vcl5)构成；第一微波输入端口(RFIN) —端接电容(Cl) 一端，电容(Cl)另一端接电感(LI) 一端，第一电感(LI)另一端接第二电感(L2) —端，第二电感(L2)另一端接第三电感(L3) —端，第三电感(L3)另一端接第一微波毫米波输出端口(RFOUT);第一二极管 (PinDiodel)的P区接第一电感(LI)和第二电感(L2)之间，第一二极管(PinDiodel)的N区接地，第二二极管(PinDiodel)的P区接第一电感(L2)和第二电感(L3)之间，第二二极管(PinDiodel)的N区接地；第一电阻(Rl)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)和第五电阻(R5)依次串联接在第一电容(Cl)和第一电感(LI)之间，第五电阻(R5)的另一端接地；第一氮化镓高电子迁移率晶体管(Fl)、第二氮化镓高电子迁移率晶体管(F2)、第三氮化镓高电子迁移率晶体管(F3)、第四氮化镓高电子迁移率晶体管(F4)和第五氮化镓高电子迁移率晶体管(F5)的源极和漏极依次并联在第一电阻(Rl)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)和第五电阻(R5)的两端，第六电阻(R11)、第七电阻(R12)、第八电阻(R13)、第九电阻(R14)和第十电阻(R15)的一端依次接在第一氮化镓高电子迁移率晶体管(Fl)、第二氮化镓高电子迁移率晶体管(F2)、第三氮化镓高电子迁移率晶体管(F3)、第四氮化镓高电子迁移率晶体管(F4)和第五氮化镓高电子迁移率晶体管(F5)的栅极，第六电阻(R11)、第七电阻(R12)、第八电阻(R13)、第九电阻(R14)和第十电阻(R15)的另一端依次接第一控制电压(Veil)、第二控制电压(Vcl2)、第三控制电压(Vcl3)、第四控制电压(Vc 14)和第五控制电压(Vcl5);电路中的转换场效应晶体管(MESFET)通过2. 5千欧的门级电阻控制，可以为每个转换场效应晶体管(MESFET)和控制源提供足够的射频隔离。
2.根据权利要求I所述的新型的兼容数字式和模拟式的超宽带衰减器，其特征在于在模拟控制情况下，转换第一场效应晶体管(Fl)处于OFF状态(高电阻)，第二场效应晶体管(F2)处于OFF状态(高电阻)，第三场效应晶体管(F13)处于OFF状态(高电阻)，第四场效应晶体管(F4)处于OFF状态(高电阻)，第五场效应晶体管(F5)处于OFF状态(高电阻)；这种情况下，第一控制电压(Vcll)被设置在VP，第二控制电压(Vcl2)被设置在VP,第三控制电压(Vcl3)被设置在VP，第四控制电压(Vcl4)被设置在VP，第五控制电压(Vcl5)被设置在VP，VP是一个负极的场效应晶体管(MESFET)夹断电压，或者比_|VP更小，VP—般为-5V;衰减由第一总控压(Vl)电压控制，第一总控压(Vl)电压控制第一二极管(PinDiodel)、第二二极管(PinDiode2)的阻值大小；第一总控压Vl从OV变到VP (两个二极管的阻抗值从低阻抗变到高阻抗)，衰减器总的衰减从最小到最大；反之，第一总控压(Vl)从VP变到OV (两个二极管的阻抗值从高阻抗变到低阻抗)，衰减器总的衰减从最大到最小；在数字控制情况下，第一总控电压Vl被固定设置为VP，通过控制第一控制电压(Vcll)来实现第一场效应晶体管(Fl)的截止或者导通状态，控制第二控制电压(Vcl2)来实现第二场效应晶体管(F2)的截止或者导通状态，控制第三控制电压(Vcl3)来实现第三场效应晶体管(F13)的截止或者导通状态，控制第四控制电压(Vcl4)来实现第四场 效应晶体管(F4)的截止或者导通状态，控制第五控制电压(Vcl5)来实现第五场效应晶体管(F5)的截止或者导通状态，进而控制第一二极管(PinDiodel),第二二极管(PinDiode2)的阻值大小；5位的衰减分别是2，4，8，16，32dB，实现36dB动态范围内2dB的分辨率。
全文摘要
本发明涉及一种新型的兼容数字式和模拟式的超宽带衰减器，是一种低插入相移的衰减器集成电路，并且兼容数字式和模拟式。电压控制可变衰减器，被广泛应用于现代高级电子系统和设备，如自动损失控制(ALC)组件的宽频增益控制块、宽频脉冲调制器、宽频无反射的单刀单掷(SPST)开关等。电压控制可变衰减器拥有小型，轻量级，高出产量，低成本等特点，并且简单易用，低功率耗散。鉴于上述应用，可变衰减器拥有大的动态范围和低插入相移，引起社会广泛的关注。
文档编号H03H11/00GK102624355SQ20121007808
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月22日 优先权日2012年3月22日
发明者冯媛, 吴建星, 吴迎春, 周聪, 孙宏途, 尹洪浩, 左同生, 康其桔, 张红, 徐利, 戚湧, 戴永胜, 於秋杉, 李平, 李旭, 杨健, 汉敏, 王立杰, 范小龙, 谢秋月, 郭风英, 陈少波, 陈建锋, 陈曦, 韦晨君, 韩群飞 申请人:南京理工大学常熟研究院有限公司